Calitatea energiei și compatibilitatea electromagnetică

NOŢIUNI FUNDAMENTALE PRIVIND CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.1. PERTURBAŢII IN REŢELELE ELECTRICE

Cauzele perturbaţiilor care apar în reţeaua de alimentare sunt diverse şi se pot împărţi în două mari categorii:

A. cauze aleatoare;

B. cauze cu caracter permanent sau semipermanent. Cauzele aleatoare sunt fenomene cu caracter accidental, cum ar fi trăsnetul. Perturbaţiile pe care acestea le determină sunt localizate fie în elementele reţelei (linii, cabluri, transformatoare, etc.), fie în instalaţiile de la consumator. Aceste perturbaţii sunt:

A.1. golurile de tensiune şi întreruperile bruşte, cauzate, în principal, de defecte trecătoare în reţele şi determină funcţionarea protecţiilor şi automatizărilor de repunere sub tensiune;

A.2. întreruperile de lungă durată (>1 min.), care sunt consecinţe ale unor defecte permanente în reţele şi care necesită intervenţia omului;

A.3. supratensiunile tranzitorii, datorate fie descărcărilor atmosferice, fie, mai frecvent, comutaţiilor echipamentelor electrice.

Cauzele permanente sau semipermanente apar pe perioade bine determinate şi sunt generate de echipamente instalate la utilizatorii de energie electrică. Funcţionarea unor asemenea echipamente este caracterizată fie de nesimetria curenţilor pe cele trei faze, fie de curenţi a căror amplitudine variază brusc şi de o manieră importantă, fie de curenţi a căror formă de undă este nesinusoidală. Unele echipamente pot prezenta unul sau două din aspectele de mai sus sau chiar ansamblul lor. Perturbaţiile care rezultă constau în:

B.1. variaţii lente de tensiune datorate unor consumatori a căror sarcină variază lent, şi care, pot fi corectate cu ajutorul regulatoarelor de sarcină care echipează unele transformatoare;

B.2. variaţii rapide de tensiune care rezultă din comutaţia sarcinilor mari (pornirea motoarelor mari);

B.3. fluctuaţii rapide de tensiune (fenomenul de flicker), produse de echipamente cu variaţie rapidă a sarcinii (cuptoare cu arc, echipamente de sudare, instalaţii electrotermice cu rezistoare prevăzute cu variatoare de tensiune);

B.4. armonici (generate îndeosebi de convertoarele statice de putere);

B5. inter-armonici (generate, de asemenea, de convertoarele statice de putere);

B.6. tensiuni nesimetrice care rezultă din alimentarea sarcinilor dezechilibrate (în special a sarcinilor monofazate, alimentate între fazele reţelelor, cum ar fi instalaţii electrotermice cu inducţie sau staţiile de tracţiune feroviară la frecvenţă industrială).

O sinteză a surselor de perturbaţii şi a efectelor produse în reţelele electrice de joasă frecvenţă este dată în tabelul 1.1.

Particularitatea sursei de perturbaţii Sursele de perturbaţii Perturbaţia emisă

Caracteristică nelineară Dispozitive magnetice saturabile, lămpi cu descărcare Armonici

Cuptoare cu arc, instalaţii de sudare cu arc de c.a. Armonici, interarmonici, fluctuaţii de tensiune, dezechilibre.

Transformatoare la punerea sub tensiune Armonici, goluri de tensiune.

Sarcină cu comutaţie electronică Convertoare statice Armonici, interarmonici.

Dispozitive de comandă în tren de unde. Fluctuaţii de tensiune, dezechilibre.

Sarcină comutată Condensatoare, filtre şi motoare la punerea sub tensiune Interarmonici,

goluri de tensiune.

Tab. 1.1 Sursele de perturbaţii şi efectele produse în reţelele electrice de joasă frecvenţă

1.2. INDICATORI DE CALITATE A ENERGIEI ELECTRICE

Calitatea energiei electrice este influenţată atât de furnizor cât şi de consumatori. În acest sens, indicatorii de calitate pot fi împărţiţi în indicatori primari, care depind în primul rând de furnizorul de energie şi indicatori secundari, care sunt influenţaţi, în principal, de funcţionarea consumatorilor.

În categoria indicatorilor primari de calitate intră:

1. frecvenţa;

2. amplitudinea tensiunii pe barele de alimentare;

3. fluctuaţiile de tensiune (limitate prin sistemele de protecţie din reţea);

4. supratensiuni şi goluri de tensiune, limitate de funcţionarea protecţiei prin relee;

5. întreruperile de scurtă şi lungă durată care definesc un parametru de calitate al serviciilor de alimentare cu energie electrică stabilit de furnizor împreună cu consumatorul.

Indicatorii secundari sunt determinaţi de următoarele perturbaţii produse de consumatori:

1. armonici şi interarmonici (regimuri nesinusoidale);

2. fluctuaţii rapide de tensiune (efect de flicker);

3. nesimetrii.

1.2.1. Frecvenţa tensiunii de alimentare

Frecvenţa reţelei de distribuţie este direct determinată de viteza de rotaţie a generatoarelor din centralele electrice. La un moment dat, frecvenţa depinde de echilibrul dinamic al puterii generate şi al celei consumate. În consecinţă, la modificarea acestui echilibru dinamic, are loc şi o variaţie a frecvenţei. Mărimea şi durata acestei variaţii depinde de modul în care se schimbă sarcina şi de capacitatea sistemului de generare a energiei de a se adapta la această schimbare. Atunci când alimentarea reţelei se face de la un invertor, frecvenţa este fixă deoarece este dată de un circuit intern al acestuia.